GLSL - 计算片段的法线

Question

我正在尝试创建一个程序来显示带有地形的地球仪，并在 GPU 上执行所有纬度/经度/Alt 到 XYZ (ECEF) 的操作。

我已经编写了一个可用的顶点着色器，它将代表经度、纬度和高度（分别）的 XYZ 转换为正确的 XYZ（使用 ECEF）。

我无法正确完成的是照明。

只要没有地形数据，我就设法使用定向光正确照亮每个顶点。地形数据没有正确照亮，我无法让不同的坡度具有正确的阴影。

这是我正在使用的顶点着色器：

const float a = 6378137.0;
const float f = 0.003352810664747480719845528618;

varying vec3 Normal;
varying vec3 ecPos;

vec3 LatLonAltToEcef(in vec3 latLonAlt)
{
    vec3 v = latLonAlt;

    float cosLat = cos(radians(v.y));
    float sinLat = sin(radians(v.y));
    float nfs = (1.0 - f) * (1.0 - f);

    float C = 1.0 / (sqrt(cosLat * cosLat + nfs * sinLat * sinLat));
    float S = nfs * C;

    float lon = radians(v.x);
    float h = v.z;

    v.x = (a * C + h) * cosLat * cos(lon) / a;
    v.y = (a * C + h) * cosLat * sin(lon) / a;
    v.z = (a * S + h) * sinLat / a;

    return v;
}

vec4 LatLonAltToEcef(in vec4 latLonAlt)
{
    vec3 ecef = LatLonAltToEcef(latLonAlt.xyz);
    return vec4(ecef.x, ecef.y, ecef.z, latLonAlt.w);
}

void main(void)
{
    vec4 v = LatLonAltToEcef(gl_Vertex); //x=lon, y=lat, z=alt
    ecPos = vec3(gl_ModelViewMatrix * v);

    Normal = normalize(gl_NormalMatrix * v.xyz);
    vec4 lightPos = LatLonAltToEcef(gl_LightSource[0].position);
    vec3 lightDir = normalize(gl_NormalMatrix * lightPos.xyz);
    float NdotL = max(dot(Normal, lightDir), 0.0);
    vec4 diffuse = gl_FrontMaterial.diffuse * gl_LightSource[0].diffuse;

    gl_FrontColor =  NdotL * diffuse;
    gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * v;
}

为了绘制地球网格，需要执行以下操作：

for (float lat = -90; lat < 90; lat += 5)
{
    glBegin(GL_LINE_LOOP);
    for (float lon = -180; lon < 180; lon += 5)
        glVertex3f(lon, lat, 0);
    glEnd();
}

for (float lon = -180; lat < 180; lon += 5)
{
    glBegin(GL_LINE_LOOP);
    for (float lat = -90; lon < 90; lon += 5)
        glVertex3f(lon, lat, 0);
    glEnd();
}

任何人都可以指导我如何正确地对地形进行着色吗？

Answer 1

我觉得你需要学习更多的计算机图形学，因为你对计算机渲染几何的基础知识似乎存在一些差距。

无论如何：

如果您从一开始就没有坡度信息，那么在任何点获取法线（表面方向）通常需要查看周围环境。

其次，您可能想绘制三角形，而不是直线。

三角形有一个表面。曲面具有法线。法线是向量，可以与其他向量成角度。光的方向是一个矢量。点积是你的朋友。 :)

因此，拥有一组连接顶点的三角形将帮助您到达某个地方。

另外，避免在着色器中计算可以在任何渲染之前一次性计算的内容。

Answer 2

你的问题在这里：

Normal = normalize(gl_NormalMatrix * v.xyz);

幸运的是，你发现了一种罕见的情况，使用顶点的位置也给你法线：球体（但由于地球不是球体，所以你的照明不是100%正确）

当你添加山，这不再是真的了。法线垂直于地面，因此在山上，它是弯曲的。

你需要这样的一行：

Normal = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal.xyz);

gl_Normal是通过调用glNormal3f给出的，就在glVertex3f之前。但是您没有说明如何提供地形数据，因此您必须自己找到 glNormal3f 的参数。它们必须在模型空间中表示（即不是经度/纬度，而是相对于地球中心的 XYZ，在笛卡尔空间中。再次强调：笛卡尔空间。）